동적 구조해석을 이해하기 위한 필수 기초 이론

2023년 02월 10일

평점 :

세미나통 CAE세미나

이번 강의에서는 '동적 구조해석의 기초 이론'에 대해서 소개합니다. CAE를 통해 구조물의 동적 특성을 파악하기 위해서는 단순히 CAE SW의 사용법에 대해 학습하는 것은 물론 진동과 해석에 대한 기초 이론을 반드시 학습해야만 합니다. 기초 이론을 아는 것과 모르는 것은 해석 결과의 정확도와 신뢰성을 크게 좌우하기 때문에 이번 세미나에서는 CAE를 활용한 실제 연구 사례보다 이론에 집중하겠습니다.

 

 

목차

 

1. 동적 구조해석의 개요

2. 동적 구조해석의 종류

3. 모드해석(Modal Analysis)

4. 과도응답해석(Transient Response Analysis)

4.1) 직접 시간적분법(Direct Time Integration Method)

4.2) 내연적 시간적분법(Implicit Time Integration Method)

4.3) 외연적 시간적분법(Explicit Time Integration Method)
4.4) Newmark Method(Implicit)

4.5) Cetral Difference Method(Explicit)

5. 모드중첩법(Mode Superposition)

 

1. 동적 구조해석의 개요

 

동적 구조해석은 시간에 따라 변화하는 어떤 하중에 대한 시스템의 응답을 시간에 대해서 찾는 해석을 말합니다. 일반적으로 기계진동학에서 학습하는 1-자유도 시스템을 예를 들면, 그림에서 보이는 것과 같이 질량(m), 강성(k), 감쇠(c)로 구성된 시스템이 외부 하중에 의해 어떻게 움직일 것인가(u)를 파악하기 위해 보이는 평형 방정식의 해를 구해야합니다.

 

 

실제 설계 제품의 경우에는 보이는 그림처럼 단순하지 않고 무한 자유도 시스템이기 우리는 유한개의 자유로로 구성된 시스템으로 이산화하여 응답을 구해야 합니다. 이 과정에서 행렬과 벡터로 표현된 평형 방정식의 해를 구하기 위해 CAE SW의 힘을 빌려야만 합니다.

 

2. 동적 구조해석의 종류

 

 

기본적으로 동적 구조해석은 시간의 흐름에 대한 구조물의 응답을 파악하는 해석이라는 점에서 공통점을 가지고 있습니다. 하지만 구조물에 가해지는 하중의 종류에 따라서 구분되기 때문에 각 해석 종류에 대해 먼저 설명하겠습니다.

 

모드해석(Modal Analysis)는 모든 동적해석의 기본이 되는 해석 종류입니다. 기본적으로 구조물이 가지고 있는 고유한 진동 특성에 대해 파악할 수 있는 해석 종류로써 두 가지 정보를 얻을 수 있습니다. 구조물이 자유롭게 진동하는 상황에서 어떤 진동수를 가지고 진동하느냐, 그 진동하는 현상은 어떤 형상으로 떨리느냐 입니다. 즉, 모든 동적 구조해석에 앞서 구조물의 진동 특성에 대해 파악하기 위해 반드시 선행되어야만 하는 해석 종류인 것입니다.

 

특히, 이런 고유 진동수와 모드 형상에 대한 정보는 후속 동적 구조해석을 수행하지 않더라도  설계 제품에 발생할 수 있는 공진 현상에 대해 예측하거나 대비할 수 있는 정보를 제공합니다. 구조물에 가해지는 하중의 진동수와 제품의 고유 진동수가 일치하거나 비슷할 경우에 우리는 공진(Resonance)에 의한 피해가 예상되기 때문에 반드시 사전에 제품 사용 환경과 제품의 고유 진동수가 어느 정도 일치하는지 비교해야만 합니다.

과도응답해석(Transient Response Analsys)는 가장 일반적인 동적 구조해석으로써 시간 흐름에 따라 정의된 하중에 대해 구조물의 진동이 시간에 따라 어떻게 변하는지

 

 😥 미리 보기는 여기까지!
내용을 이어서 보고 싶다면,
아래 정보를 입력해 주세요.

기본별 색별 기본별 색별 기본별 색별 기본별 색별 기본별 색별

이미 참여하셨습니다.